Пересадка гена допомогла частково повернути зір людині зі спадковою хворобою сітківки.
Оптогенетикою називають комплекс методів, що дозволяють керувати нейронами прямо в живому мозку. У геном нейронів вводять ген флуоресцентного білка, так що тепер нервові клітини можуть безпосередньо реагувати на світло з певною довжиною хвилі. Потім у мозок вживляють світлодіоди, які подаватиме модифікованим нейронам світлові імпульси. Від світлових імпульсів нейрони будуть активуватися, тобто посилати імпульси іншим клітинам, або, навпаки, засипати, не реагуючи ні на які сигнали від нейронів-сусідів. Модифікувавши таким чином групу нейронів, можна з'ясувати їх функції, зв'язки з іншими нервовими центрами і взагалі масу речей.
Оптогенетичні методи стали найпотужнішим інструментом нейробіологічних досліджень. Але чи не з того моменту, як вони з'явилися, з'явилася і ідея використовувати їх не тільки в фундаментальних дослідженнях, але і в медицині - для лікування сліпоти. І ось зараз в Nature Medicine вийшла стаття, в якій співробітники паризького Інституту зору і Базельського університету розповідають, як вони за допомогою оптогенетики допомогли знайти зір людині з пігментним ретинітом. Це спадкове захворювання, при якому гинуть фоторецептори сітківки; як результат, зір погіршується аж до сліпоти.
Але в сітківці є й інші клітини. Фоторецептори - палички і колбочки - реагуючи на світло, генерують електричний імпульс, який потім передають клітинам-посередникам. Серед таких посередників є так звані гангліарні клітини. Було вирішено навчити їх бачити, тобто ввести їм світлочутливий білок під назвою каналродопсин ChrimsonR. (Родопсинами називають білки, що реагують на світло, а «канал-» означає, що він відкриває іонний канал у мембрані - іони починають перегруповуватися через цей канал, напруга на мембрані змінюється і нейрон генерує імпульс.) Це був білок Chlamydomonas noctigama, одноклітинної зеленої водорості з роду Хламідомонад, яка з його допомогою шукає, де більше світла. Для потреб оптогенетики білок змінили так, щоб він вбудовувався в мембрану нейронів і відкривав іонний канал. Добровольцем стала людина 58 років, у якої ще в юності діагностували пігментний ретиніт.
Ген білка упаковували в спеціальну вірусну частинку - один зі звичайних способів доставити щось в клітку. Вірус знешкоджений, розмножуватися не може, але здатний проникати в клітку і там звільняти свій вантаж. Ген каналродопсина ChrimsonR відправляли в гангліонарні клітини сітківки того ока, який бачив гірше. Кілька місяців мало піти на те, щоб білок у достатній кількості з'явився на клітинних мембранах. Каналродопсин ChrimsonR чутливий до світла на жовтих довжинах хвиль, тому потрібно було сконструювати спеціальні окуляри, які зміни в природній освітленості переводили в жовте світло, і вже це жовте світло відправлялося від окулярів в око. (Можна сказати, окуляри виконували роль світлодіоду, який у звичайній оптогенетиці стимулює нейрони.) Але і після того, як вся система запрацювала, піддослідному пацієнту довелося витратити ще кілька місяців, щоб адаптуватися до неї.
Проте, в результаті він зміг на око визначати місце розташування і кількість різних предметів - наприклад, двох-трьох зошитів, що лежать на столі. Зір включався тільки з окулярами (тому що світлочутливий білок не міг активуватися від звичайного освітлення), але коли воно включалося, пацієнт в 92% випадків бачив, де лежить зошит, і міг відразу доторкнутися до нього. Без очок він нічого такого не міг. Те, що зір працював, було видно і по електроенцефалограмі, що вказувала на зорову активність мозку.
Правда, здатність бачити поверталася лише частково - пацієнт не розрізняв обличчя і не міг читати. Автори роботи вважають, що зір можна поліпшити сильніше, якщо вводити більше транспортного вірусу з геном світлочутливого білка, тоді більше клітин отримають його в своє розпорядження, і в клітинах буде синтезуватися більше молекул каналродопсину. У дослідженні брали участь ще два добровольці, але з ними через коронавірусні перипетії не вдалося провести всі зорові тренування і тести. Тим не менш, завдяки цим двом людям вдалося зайвий раз переконатися, що вся процедура безпечна і ніякими побічними ефектами не загрожує.
Ми неодноразово писали про успішні спроби повернути зір засліпій сітківці за допомогою молекулярних і клітинних технологій. У тих експериментах також йшлося про те, щоб дати світлочутливість гангліонарним клітинам. Однак там використовували частково інші підходи, і, що важливіше, справа обмежувалася мишами. Цього разу, як бачимо, зір повернули людині - нехай частково, нехай за допомогою спеціально влаштованих очок, але все ж навіть такий результат зовсім недавно вважався фантастикою.